超快速固相萃取-气相色谱-质谱法测定水中49种半挥发性有机物

焦 伟，耿 旭，李 乐，陈兴定，姚志建

(1.南京大学环境学院，江苏 南京 211046，2.江苏国创环保科技有限公司，江苏 南京 211106)

0 引言

随着我国经济的快速发展，大量工业废弃物、残留农药、生活垃圾及污水进入水体，导致水体有机物污染，成为当前人们重点关注的环境污染问题之一。半挥发性有机物（SVOCs）是多环芳烃类、氯苯类、硝基苯类和邻苯二甲酸酯类等化合物的统称，大部分为内分泌干扰物（EDCs），具有致畸、致癌和致突变的“三致”毒性作用，多种SVOCs 被我国生态环境部和美国环保部（EPA）列为优先监测的有机污染物“黑名单”[1-2]。

水中SVOCs 含量少、种类复杂，各组分的理化性质相差较大[3]，传统的检验方法多采用气相色谱法，需要采用不同的有机溶剂进行样品前处理，然后选用电子捕获检测器（ECD）、火焰光度检测器（FPD）等不同的检测器分别测定，方法不统一且不具备定性确证能力。而固相萃取（solid phase extraction，SPE）作为一种新型的样品前处理技术已广泛应用于水中痕量有机污染物的富集和浓缩，在很大程度上弥补了传统预处理方法的不足，但是传统的固相萃取过程耗时长，固相萃取小柱的填料直接影响检测灵敏度。固相萃取与气相色谱-质谱联用技术相结合能更好地分离和检测有机物[4-7]；本研究采用课题组自主开发的具有亲疏水结构的多孔吸附材料作为固相萃取剂[8]，利用蠕动泵、聚四氟乙烯管路、压力/流量控制系统等零部件设计了一种大体积快速固相萃取系统，以多环芳烃、增塑剂、有机氯和有机磷农药等49种SVOCs 为研究目标，参考美国EPA 的检测方法，在GB/T 5750.8—2006《生活饮用水标准检验方法有机物指标》附录B 的基础上，对仪器性能、内标回收率等进行了严格的质量控制和质量保证，对固相萃取条件等进行方法学研究与探讨，建立饮用水中多种SVOCs 快速的前处理技术和检测方法。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与标准溶液

仪器：气相色谱-质谱联用仪（Trace1300+ISQ7000、EI 电离源、毛细管色谱柱：TG-5SILMS、毛细管柱：30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）；旋转蒸发仪（IKA RV8）；自动定量浓缩仪（MuLtiVap-10）；固相萃取柱和快速固相萃取系统均为自制。

试剂：甲醇（CH3OH，分析纯）、二氯甲烷（分析纯）、乙酸乙酯（分析纯）、氢氧化钠（NaOH，分析纯），均购自国药集团化学试剂有限公司。

标准溶液：49 种半挥发性有机物混合标准使用液（质量浓度为200 μg/mL）；替代物（1,3-二甲基-2-硝基苯、苝-d12、磷酸三苯酯，质量浓度为500 μg/mL）；内标物（苊-d10、菲-d10、艹屈-d12，质量浓度为1 000 μg/mL），均购自上海安谱公司。

1.2 配置标准曲线

分别吸取质量浓度为200 μg/mL 的混合标准溶液2.5，5，10，25，50 μL，加入质量浓度为10 μg/mL的内标溶液40 μL，加入质量浓度为10 μg/mL 的替代物溶液40 μL，用二氯甲烷准确定容至1.0 mL，混匀，含内标和替代物质量浓度均为0.40 μg/mL，配成不同浓度梯度的混合标准工作溶液。吸取1.0 μL 标准工作溶液进行测定，分别以目标离子与内标物的峰面积比值对目标离子的浓度作图，绘制标准曲线。

1.3 超快速固相萃取过程

超快速固相萃取系统由液体供给部分和萃取/洗脱转换部分组成。液体供给由2 台蠕动泵组成，可以实现待测液体进样、污染物洗脱以及整个管路清洗功能；萃取/洗脱转换部分由六通阀构成，能实现对待测物萃取和洗脱的即时切换。萃取流程见图1。

图1 快速固相萃取流程示意

进样模式：将500 mg 固相萃取剂填装于固相萃取柱中，此时六通阀内的液体流路如图1 实线所示，调整蠕动泵1 的流速，使待富集样品以一定流速通过固相萃取柱，开启富集过程。

洗脱模式：将六通阀转换至洗脱模式，调整蠕动泵2 的流速，使得洗脱液以一定流速通过固相萃取柱，开启洗脱过程。用玻璃试管接收洗脱液，过滤、氮吹浓缩、定容后即可上机检测。

1.4 色谱条件

GCMS 分析采用的色谱柱进样口温度为280 ℃。程序升温过程：35 ℃恒温保持2 min，15 ℃/min 升温至150 ℃保持5 min，以3 ℃/min 的速度升温至290 ℃，保持2 min。EI 离子源温度为280 ℃，传输线温度为300 ℃。

2 结果与分析

2.1 仪器条件选择

49 种SVOCs 使用TG-5SILMS 毛细管柱完全可以满足分离的要求。用SCAN 方式对目标化合物进行分析得到质谱图，选择具有结构特征的碎片，并考察其丰度比得到相应的特征离子，各目标化合物的保留时间、特征离子和参比化合物见表1。

表1 49 种SVOCs 的定量离子、保留时间、线性方程、检出限、定量限

2.2 固相萃取柱的选择及流速控制

通过对C18 固相萃取柱与本课题组自制的两亲固相萃取柱的富集效果进行比较，发现C18 柱对强极性化合物如毒死蜱与对硫磷、七氯与马拉硫磷、莠去津与五氯酚这3 组化合物的萃取效率较差，回收率只有30%～40%。

课题组研发的新型两亲材料不但吸附容量大，而且吸附平衡时间极短。普通的固相萃取装置的流速只能控制在20 mL/min 以内，富集2 L 水样需要100 min，消耗时间长。本实验自制了正压型快速固相萃取装置，萃取流速最快可达到1 L/min，研究使用自制两亲固相萃取柱和自制快速固相萃取装置对比了5，10，20，100，200，300 mL/min 的流速对富集效率的影响，最终发现，萃取流速在200 mL/min 以内时，萃取效率没有明显变化。

2.3 有机改进剂的选择

有机改进剂的添加会使柱填料键合相表面含有一定浓度的有机溶剂薄层，从而改善强憎水组分在柱填料表面的吸附能力，同时，有机改进剂还可以增加非极性有机物在水溶液中的溶解度，减少其在容器壁上的吸附，能够大幅度提高物质的回收率。

使用低毒的甲醇[9-10]作为改进剂，在装有2 L 空白水样的样品瓶中分别加入5，10 和15 mL 甲醇，再添加中浓度加标水平的标准溶液，比较改进剂加入量对SVOCs 回收率的影响，结果显示：改进剂添加量从5 mL 增加至10mL 时，六氯苯、六六六、滴滴涕等化合物的回收率从60%提升至70%左右；改进剂添加量从10 mL 增加至15 mL 时，回收率没有明显区别。因此确定改进剂加入量为10 mL。

2.4 洗脱剂的选择

有学者对比了正己烷、丙酮、甲醇、二氯甲烷和乙酸乙酯对已富集SVOCs 的色谱柱的洗脱效果，结果发现乙酸乙酯-二氯甲烷混合溶液洗脱效果最好[11]。本研究比较了洗脱液中乙酸乙酯和二氯甲烷的比例，结果表明∶采用乙酸乙酯-二氯甲烷混合溶液（体积比为1 ∶2）时效果最好，尤其对多环芳烃组分的回收率影响最大。

2.5 方法学评价与质量控制

为了消除干扰以准确反映目标化合物与响应值间的对应关系，本试验采用内标法，用标准工作曲线中目标化合物定量离子的峰面积与相应的内标物定量离子的峰面积之比对目标化合物的浓度进行线性回归。结果表明：49 种SVOCs 线性关系良好，R2均大于0.995，其中异佛尔酮、六氯代环戊二烯、邻苯二甲酸二甲酯等30 种化合物的R2均大于0.999。最低浓度混合标准工作溶液跨时4 d 检测，按3 和10 倍信噪比计算方法最低检出限和定量限，2 L 水样富集后洗脱液浓缩至1 mL 进行检测，方法检出限为0.001～0.059 μg/L，方法定量限为0.004～0.198 μg/L，标准曲线范围为0.5～10 mg/L。

分别在2 L 纯水中添加低、中、高3 种不同浓度水平的混合标准溶液（质量浓度分别为1，5，10 μg/L），按1.2 进行预处理后测定，做回收试验，每个浓度水平分别作6 次重复测定，检测结果见表2。

表2 49 种SVOCs 的加标回收率和相对偏差

续表

由表2 可知，49 种SVOCs 的回收率在72.50%～113.45%之间，RSD为0.010%～0.744%。其中低浓度组加标回收率范围为72.50%～109.90%，RSD为0.010%～0.105%；中浓度组回收率范围为85.43%～106.29%，RSD为0.042%～0.438%；高浓度组加标回收率为97.46%～113.45%，RSD为0.744%～0.086%，说明该方法对不同浓度范围内的化合物都具有较好的回收率和精密度。

2.6 实际样品检测

选取南京市水源水和自来水管网末梢水为实测样品，其中3 个为水源水样品、7 个网末梢水样品，按照上述实验方法进行检测，均未检出半挥发性有机化合物，水质符合国家标准要求。

3 结论

本试验采用快速固相萃取富集、净化、浓缩水样，结合GC-MS 联用技术，建立了同时测定饮用水中49种SVOCs 的方法，与GB/T 5750—2006 方法比较，具有有机溶剂用量小、灵敏度高、富集率高、操作简单、多组分同时定性定量测定等优点，而且检出限、线性关系、回收率和重复性等方法学指标均能满足水中痕量SVOCs 的检测要求，可为水质中痕量半挥发污染物的快速监测与治理提供技术支持。